Температура газов на выходе из топки.

Температура газов на выходе из топки (⁰С) определяется по формуле

_(2.34)

где Т_Т - абсолютная теоретическая температура горения в топке, К;

М - расчетный коэффициент, зависящий от относительного местоположения максимума температуры в топке; при слоевом сжигании твердых топлив

М = 0,45, при факельном сжигании жидких и газообразных топлив значение М находится по формуле М = А— В_χ, где А= 0,52, В =0,3 и χ=0.3; ξ условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхностей (для гладкотрубных экранов он принимается: 0,7 — при сжигании твердых топлив; 0,6—при сжигании мазута; 0,75— при сжигании газообразных топлив); α_т — степень черноты топки, величина которой, лежит в пределах 0_,2÷0,8; Н_л – величина лучевоспринимающей поверхности нагрева, м²; φ — коэффициент сохранения тепла; В_р — расчетный расход топлива, кг/с; Vс_р — средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг (1 м^э) топлива в интервале температур V_т— V_т " кДж/(кг*К). Коэффициент сохранения тепла находится по формуле

φ = 1- q₅/100 (2.35)

где q₅ — потери тепла в окружающую среду, %.

Тепло, передаваемое лучевоспринимающим поверхностям в топке. Тепло, передаваемое лучевоспринимающим поверхностям в топке (кДж/кг), определяется по формуле

Q_л= φ(Q_T – J”_T) (2.36)

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки.

Величина лучевоспринимающей поверхности нагрева определяется по формуле

_{, (2.37)}

где T^” _T — абсолютная температура газов на выходе из топки, К.

Задача 2.18. Определить, на сколько изменится теоретическая температура горения в топке котельного агрегата за счет подачи к горелкам предварительно подогретого воздуха, если температура воздуха в котельной t_B = 30°C, температура горячего воздуха t_г._в=250°С , коэффициент избытка воздуха в топке α_т =1,15, присос воздуха в топочной камере Δα_т = 0,05 и потери тепла от химической неполноты сгорания q₃ = 1 % Котельный агрегат работает на ухтинском природном газе состава: CO₂ =0,3%; СН₄=88%; С₂Н₆=1,9%;

С₃Н₈ = 0,2%; C₄H₁₀=0,3%; N₂=9,3%.

Решение. Низшую теплоту сгорания рабочей массы — по формуле (1.10)

Q^c_н = 358 СН₄ + 638 С₂Н₆ + 913 C₃H₈ + 1187 С₄Н₁₀ = 358·88 + 638·1,9 + 913·0,2 +1187·0,3 = 33 254 кДж/м³.

Теоретически необходимое количество воздуха — по формуле (1.23)

V⁰ = 0,0478 [0,5 (СО + Н₂) + 1,5 H₂S + 2СН₄ + Σ (m + n/4)С_mН_n — О₂] = 0,0478 (2·88 + 3,5·1,9 + 5·0,2 + 6,5·0,3) = 8,9 м³/м³.

Тепло, вносимое в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата, — по формуле (2.7)

Q_b.bh = α_TV⁰c_вΔt_в = 1,15·8,9·1,33·220 = 2995 кДж/м³. ;

Располагаемое тепло - по формуле (2.3)

Q^p_p = Q^c_н + Q_b.bh = 33 254 + 2995 = 36 249 кДж/м³.

Тепло, вносимое в топку с воздухом, — по формуле (2.31)

Q_в^` = (α_T - Δα_T) V⁰ (cV)_г.в. + Δα_T V⁰ (cV)_х.в = (1,15 — 0,05) 8,9·334 + 0,05·8,9·40 = 3288 кДж/м³.

Полезное тепловыделение в топке при подаче к горелкам подогретого воздуха — по формуле (2.30)

Q<sub>t`=</sub> Q<sup>p</sup><sub>p</sub> (100 – q<sub>3</sub> )/100 + Q<sup>`</sup>_в - Q_b.bh = 36 249 (100 — 1)/100 + 3288 — 2995 = 36 180 кДж/м³.

Полезное тепловыделение в топке при подаче к горел­кам воздуха без предварительного подогрева определя­ем, пользуясь формулой (2.30)

Зная полезные тепловыделения в топке, находим тео­ретические температуры горения с помощью J- диаграммы. Для этого задаемся двумя значениями темпера­тур газов (1400 и 2000° С) и вычисляем для них энтальпии продуктов сгорания.

Объем трехатомных газов находим по формуле (1.34)

V_RO2 = 0,01 (С0₂ + СО + H₂S + ΣmC_mH_n) = 0,01 (0,3 + 88 + 2·1,9 + 3·0,2 + +4·0,3)=0,94 м³/м³.

Теоретический объем азота — по формуле (1.33)

V°_N2 = 0,79V° + N₂/100 = 0,79·8,9 + 9,3/100 = 7,12 м³/м³.

Теоретический объем водяных паров — по формуле (1.36)

0,01[H₂S + H₂ + Σ (n/2) С_mН_n + 0,124 d_r] + 0,0161 V° = 0,01 (2·88 + +3·1,9+ 4·0,2 + 5·0,3) + 0,0161·8,9 = 1,98 м³/м³.

Энтальпию продуктов сгорания при α = 1 и t_г=1400° С — по формуле (1.49)

=0,94·3240 + 7,12·2009 + 1,98·2558= =22414кДж/м

Энтальпию воздуха при α=1 и t_Г=1400°С — по фор­муле (1.50)

= 8,9·2076 = 18 476 кДж/м³_.

Энтальпию продуктов сгорания при t_г= 1400° С — по формуле (1.48)

J_T = J_г° + (α_т — 1)J_в^о = 22414 + (1,15— 1) 18 476 = = 25185 кДж/м³.

Энтальпию продуктов сгорания при t_г =2000°С — по формуле (1.48)

По найденным значениям энтальпий продуктов сго­рания строим диаграмму (рис. 2.2). С помощью диаграммы по полезным тепловыделениям в топке = 36 180 кДж/м³ и = 33349 кДж/м³ находим теоретические температуры горения и , которые равны =1940°С; = 1795°С. Теоретиче­ская температура горения в топке котлоагрегата за счет подачи к горелкам подогретого воздуха изменится

Рис.2.2

Задача 2.19. Опре­делить температуру га­зов на выходе из топки котельного агрегата паропроизводительностью D = 13,9 кг/с, работающего на под­московном угле соста­ва: С^Р = 29,1%; H^p = 2,2%; , если температура топ­лива при входе в топ­ку t_T =20° С, давление перегретого пара ρ_п.п = 4 МПа, температура перегретого пара t_п.п = 450° С, температура питательной воды t_п.в = 150° С, величина не­прерывной продувки Р=4%, теплоемкость рабочей массы топлива =2,1 кДж/(кг-К), к.п.д. котлоагрегата брутто η^бр_к.а=86,8%, теоретическая температура горения топлива в топке _т=1631° С, условный коэффи­циент загрязнения ζ= 0,7, степень черноты топки а_т = = 0,607, лучевоспринимающая поверхность нагрева Н_л=239 м², средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания топлива в интервале температур _т- _т” Vc_p= 8,34 кДж/(кг•К), расчетный коэффициент, зависящий от относительного местоположения максимума темпера­туры в топке М=0,45, потери тепла от механической не­полноты сгорания q₄=2% и потери тепла в окружаю­щую среду q₅ = 0,9⁰/о.

Решение. Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (1.9)

Q^р_н = 338 С^р + 1025 Н^р— 108,5 (О^р — S^p_л) — 25 W^p= 338•29,1 + 1025-2,2-108,5(8,7 — 2,9) — 25•33 = 10636 кДж/кг.

Физическое тепло топлива — по формуле (2.4)

Q_тл = c^p_Тt_T = 2,1•20 = 42 кДж/кг,

Располагаемое тепло — по формуле (2.3)

q^p _p= q^p _н+ Q_TJI = 10 636 + 42 = 10 678 кДж/кг.

Натуральный расход топлива — по формуле (2.25)

D_п.е=D так как отсутствует отбор насыщенного пара.

Расчетный расход топлива — по формуле (2.26)

B_p = B (1 —q₄/100) - 4,08(1—2/100) = 4 кг/с.

Коэффициент сохранения тепла — по формуле (2.35)

φ=1-q₅/100=1-0,9/100=0,991

Температуру газов на выходе из топки — по формуле (2.34)